KR101066588B1 - 수문장치용 통수로 - Google Patents

Abstract

수문장치용 통수로가 개시된다. 본 통수로는 유입부 상부에 유입 확장부가 형성되고,양측 연직벽의 내측은 서로 평행하게 형성되며, 바닥에는 상기 유입부 측으로는 짧고 유출부 측으로는 길게 형성된 경사면과, 각 상기 경사면 경계영역에는 수문이 배치되는 수평면을 구비한 수문 설치부가 상부 측으로 돌출되게 형성되는 구조를 갖는다. 이러한 통수로에 의하면, 물이 유입되는 유입부 상부에 원호형 곡면부가 형성되므로 물의 유입이 원활하여 많은 양의 물이 유입될 수 있고, 양측 연직벽의 내측이 서로 평행하게 형성되므로 통수로의 단면이 충분히 확보되어 통수능력이 향상되며, 바닥에는 상부로 돌출된 수문 설치부가 구비되므로 수문의 크기가 축소될 수 있을 뿐만 아니라 통수단면이 좁아지는 영역에서 유속이 빨라지게 되므로 시간당 많은 양의 물이 통과될 수 있는 효과가 제공된다.

수문장치, 통수로, 조력발전, 방조제, 수문구조물

Description

수문장치용 통수로{WATER PASSAGE FOR A SLUICE APPARATUS}

본 발명은 수문장치용 통수로에 관한 것으로, 특히 방조제에 설치되는 수문장치에 구비되어 수위차에 의한 물의 흐름을 최대로 통과시키도록 된 수문장치용 통수로에 관한 것이다.

현대사회의 당면문제인 폭발적인 인구증가와 산업 및 경제규모의 확대에 따라 에너지 수요의 증대가 급격하게 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석에너지들은 그 부존량이 지역적으로 극히 편중되어 있을 뿐만 아니라 부존량 자체가 제한되어 있으며, 또한 이러한 화석에너지의 연소과정에서 발생하게 되는 CO2, NOX, SOX 등의 공해물질은 지구환경에 영향을 미칠 정도로 확산되어 있는 상태이다. 이 중에서 특히 CO2는 지구온난화의 주범으로서 유엔기후협약에 의거하여 각국은 일정 발생량을 감축해야할 형편이며, 우리나라도 OECD 가입국으로 일정 발생량을 의무적으로 감축해야할 실정이다. 따라서 우리나라와 같이 에너지원의 대부분을 외국으로부터 수입해야하는 실정에서는 에너지원의개발과 다원화가 절실하며, 온실가스의 저감, 특히 CO2 저감노력 및 청정개발체제(CDM, Clean Development Mechanism) 사업에 일조할 수 있는 조력발전 소의 개발에 많은 관심이 집중되고 있다.

조력(潮力)발전은 외해와 조지의 수위 차를 이용하는 원리로 우리나라 서해안의 시화호, 새만금, 가로림만, 천수만 등에서처럼 연안의 매립이나 간척지 개발에 의해 형성되는 호수의 경우에서와 같이, 방조제를 중심으로 외해 수위는 시간에 따라 상하로 수 m씩 변화하고, 반면에 호수 내의 수위는 인근으로의 홍수나 범람을 피하기 위하여 특정 관리수위 이하로 유지되어야 한다.

이러한 조력발전 시스템은 방조제에 외해측과 조지를 관통시키는 통수로와, 이러한 통수로에 설치되는 수문과, 수문을 승,하강시켜 수문으로 하여금 통수로를 개폐하도록 하는 권양기로 이루어진 수문장치와, 이 수문장치의 인근 위치에 설치되는 터빈장치와, 이 터빈장치와 연결된 발전장치 등으로 구성된다.

여기서, 수문장치의 통수로는 사각단면을 갖는 중공 구조의 콘크리트 구조물로, 가능한 한 짧은 시간 내에 많은 해수를 통과시켜야 하는 통수능력이 중요하게 작용하는 구성요소이다. 즉, 통수로의 통수능력에 따라 발전효율이 높아지게 된다. 이러한 통수로의 통수능력을 높이기 위해서 통수로의 단면적을 확대할 수 있었으나, 그러나 이 경우에는 제작비용은 물론, 통수로에 설치되는 수문의 크기도 같이 커져야 함으로써 여러 가지 문제점이 발생되었다.

즉, 조력발전 적정입지에서 방조제의 설치수심은 20-30m에 달하기 때문에 통수로의 단면적이 필요 이상으로 커질 경우에 수문의 크기에 제약이 따르고, 공사비가 상승하는 문제점이 유발되었던 것이다.

특히, 수문이 커질 경우에는 권양기 설치구조물의 높이도 따라서 증가 되어 야 하며, 수문에 작용하는 수압의 힘이 증가하여 수문에 휨 현상이 발생되며, 수압의 힘의 증가에 따라 권양기의 용량도 커져야 하는 문제점이 있었던 것이다.

이와 같이 단위 수차를 통한 단위시간당의 발전량은 외해와 조지내의 수위차로 결정되므로 조지내의 수위를 높이기 위해서는 수문장치의 통수로가 짧은 시간내에 많은 해수를 조지내로 유입시킬 수 있는 통수로가 요구되었고, 이를 해소하기 위하여 제시된 종래기술에 의한 통수로로 도 10a에 도시된 바와 같은 형식의 통수로(1)가 제시되었다. 이러한 통수로(1)는 상부의 곡면에 의해 해수의 유입을 용이하게 유도할 수 있었으나 수문(G)이 설치되는 통수로 단면에 변화가 없었기 때문에 수문(G)이 크게 제작되었고, 이로 인하여 수문(G)에 수압의 힘이 크게 작용하는 문제점이 발생되었다.

또한, 도 10b에 도시된 바와 같은 형식의 통수로(1)는 통수단면의 중간부가 좁아지게 형성되어 그 좁아지는 위치에 수문(G)이 설치됨으로써 수문이 크기가 줄어들 수 있었고, 이로 인하여 수문(G)에 작용하는 수압의 힘을 최소화할 수 있었으나, 통수단면이 축소되어 통수능력이 저하되는 문제점이 유발되었던 것이다.

따라서, 전술한 종래기술에 의한 통수로의 문제점을 극복할 수 있는 통수로가 절실하게 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 수문장치의 통수로가 짧은 시간내에 많은 해수를 조지내로 유입시킬 수 있고, 수심이 얕은 곳이나 깊은 곳에 설치할 수 있는 통수로를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해소하기 위해, 본 발명은,

방조제에 설치되어 수위차에 의한 물의 흐름을 유도하기 위한 통형 중공구조의 통수로로서,

유입부 상부에 원호형 곡면부가 형성되고,

양측 연직벽의 내측은 서로 평행하게 형성되며,

바닥에는 상기 유입부 측으로는 짧고 유출부 측으로는 길게 형성된 경사면과, 각 상기 경사면 경계영역에는 수문이 배치되는 수평면을 구비한 수문 설치부가 상부 측으로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로를 제공한다.

상기 통수로의 내측 상부에는 유입부 측에서 유출부 측으로 상향 경사진 상부 경사면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유입부 양측의 연직벽과 유출부 양측의 연직벽에는, 각각의 통수로가 병렬로 접한 상태에서 유입되는 물의 흐름이 양측의 유입부로 각각 유도되도록 외 측으로 벌어진 확장부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 확장부는 원호형, 직선, 원호형과 직선의 조합 및 직선들의 조합 중에서 선택된 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 통수로는 마운드의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 수문장치용 통수로는 물이 유입되는 유입부 상부에 원호형 곡면부가 형성되므로 물의 유입이 원활하여 많은 양의 물이 유입될 수 있고, 양측 연직벽의 내측이 서로 평행하게 형성되므로 통수로의 단면이 충분히 확보되어 통수능력이 향상되며, 바닥에는 상부로 돌출된 수문 설치부가 구비되므로 수문의 크기가 축소될 수 있을 뿐만 아니라 통수단면이 좁아지는 영역에서 유속이 빨라지게 되므로 시간당 많은 양의 물이 통과될 수 있는 효과가 제공된다.

또한, 수문이 통수단면이 좁아지는 영역에 설치되어 그 크기(상하간의 높이)가 작아질 수 있기 때문에 수심이 깊은 곳에도 수문의 크기를 증가시키지 않고 설치될 수 있으므로 권양기의 용량을 감소시키며 권양기 설치구조물의 높이도 감소시킬 수 있는 효과가 제공되는 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서 도 1 내지 도 3을 토대로 설명한다.

먼저, 본 실시 예에서는 수문장치가 조수간만의 차이가 큰 해역에 구비된 방 조제(B)에 설치되는 것을 기준으로 하고, 외해측과 조지(방조제 내측 수역)로 구분한다. 또한, 본 실시 예와 청구범위에 기재된 유입부(IN)는 외해측을 향하고, 유출부(EX)는 조지측을 향한 것을 기준으로 설명하나 이는 하나의 실시 예일 뿐 이에 국한되는 것은 아니고, 다양하게 응용하여 설치할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이 수문장치용 통수로(10)는 방조제(B)에 설치되어 수위차에 의한 해수의 흐름을 유도하기 위한 통형 중공구조로 형성된다.이러한 통수로(10)는 그 단면(이하에서는 통수단면이라 함.)은 대략 사각형을 이룬다.

그리고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 유입부(IN) 상부에는 해수의 유입을 원활하게 유도하기 위한 상부 확장부(12)가 형성된다. 이 상부 확장부(12)는 원호형의 곡면형상으로 형성된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 양측 연직벽(16A,16B)의 내측은 서로 평행하게 형성된다. 즉 양측 연직벽(16A,16B)은 통수단면의 크기변화에 영향을 주지 않는다.

한편, 통수로(10)의 바닥에는 수문 설치부(14)가 상부측으로 돌출 형성된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 바닥에는 상기 유입부(IN) 측으로는 짧은 경사면(14A)이 형성되고, 유출부(EX) 측으로는 긴 경사면(14B)이 형성된다.그리고, 양측의 각 경사면(14A,14B) 경계영역에는 수문(G)이 배치되는 수평면(14C)이 수평으로 형성되는 것이다. 수문(G)은 수평면(14C) 상면에 접하도록 통수로(10)를 연직방향으로 관통하여 설치되며, 이 수문(G)은 도시되지 않은 권양장치에 의해 승하강하면서 통수로(10)를 개폐하게 된다.

그리고, 통수로(10)의 유입구(IN) 측과 유출부(EX) 측 연직벽(16A,16B)에는 외측으로 벌어진 확장부(19)가 형성된다. 이 확장부(19)는 각각의 통수로(10)가 병렬로 방조제(B)에 설치된 상태에서 유입되는 물의 흐름이 양측의 유입부(IN)로 각각 유도되도록 하기 위한 것이다. 즉, 각 통수로(10) 사이로 유입된 해수가 신속하고 원활하게 양측의 각 통수로(10)로 흐르도록 유도하는 기능을 하는 것이다.

이러한 확장부(19)는 도 2에 도시된 바와 같이 연직벽(16A,16B)의 끝단이 원호형으로 만곡지게 형성될 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 첨부된 도면 중에서 도 4를 토대로 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예에 따른 통수로(10)가 외해측과 조지 측이 연통되도록 방조제(B)의 하부에 설치된다. 이때 통수로(10)는 해수에 잠긴상태가 된다. 그리고, 통수로(10)는 바람직하게는 적어도 하나 이상이 설치되나, 이에 국한되는 것은 아니다.

수문(G)은 개방된 상태이다. 이때, 수문(G)은 통수단면이 작아진 수문 설치부(14)에 배치되므로 수문(G)의 크기가 작아질 수 있고, 이로 인하여 설치수심이 깊은 곳에서도 수문(G)에 작용하는 수압의 힘이 최소화될 수 있게 된다.

한편, 밀물이 발생하게 되면 외해의 해수가 통수로(10)를 통하여 조지로 유입된다.

유입되는 해수는 유입부(IN) 상부에 형성된 원호형 곡면형상으로 된 상부 확장부(12)와 각 연직벽(16A,16B)에 형성된 확장부(19)에 의해 원활하게 통수로(10)의 내부로 유입된다. 이때, 유입부(IN)는 상부 확장부(12)와 연직벽(16A,16B)에 형 성된 확장부(19)에 의해 통수로(10)의 중간부 단면보다 크기 때문에 보다 많은 양의 해수가 유입될 수 있는 것이다.

한편, 통수로(10) 내부로 유입된 해수는 상부로 돌출된 수문 설치부(14)를 통과하면서 흐름이 빨라지게 된다. 다시 설명하면, 유입부(IN) 측으로 유입된 해수는 유입부(14A) 측 경사면(14A)과 최상부측의 수평면(14C) 및 유출부(EX) 측의 경사면(14B)을 따라 빠르게 흐르게 된다. 즉, 통수로(10) 내부의 연직벽(16A,16B)이나 상부면 길이보다 내부 상부측으로 돌출된 수문 설치부(14)의 길이(접촉면)가 더 길기 때문에 해수는 수문 설치부(14)의 표면에 접촉되면서 빠른 속도 흐르게 되는 것이다. 이러한 작용은 벤츄리 효과로서 설명될 수 있다.

이와 같이 통수로(10) 내부를 통과한 해수는 조지내로 유입된다.

이때, 해수는 전술한 바와 같이 상부 확장부(12)나 유입부(IN) 측 확장부(19) 및 수문 설치부(14) 등에 의해 해수는 짧은 시간 안에 많은 양의 통과될 수 있는 것이다. 즉, 통수능력이 현저하게 상승하게 되는 것이다.

특히, 수문 설치부(14)는 통수로(10) 상부나 양측 연직벽(16A,16B)에는 형성되지 않으므로 통수로(10) 통수단면이 필요이상으로 축소되지 않으면서도 해수의 흐름을 빠르게 하여 단시간에 많은 양의 해수가 통과하게 되는 것이다. 즉, 통수능력이 현저하게 상승될 수 있는 것이다.

그리고, 유출부(EX) 측 확장부(19)는 통수로(10) 내부를 통과한 해수가 원활하고 완만하게 퍼져나가도록 한다. 즉, 통수로(10)를 통과한 해수가 유출부(EX)측에 머물면서 해수의 통과를 방해하지 않도록 하게 된다.

한편, 도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예를 도시한 측단면도를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 제 2 실시 예는 통수로(10)의 내부 상부에는 유입부(IN) 측에서 유출부(EX) 측으로 상향 경사진 상부 경사면(18)이 형성되는 것을 제외하고는 전술한 실시 예와 같다. 상부 경사면(18)의 각도는 대략 0.5 - 3°바람직하게는 1.2°이나 이에 국한되는 것은 아니다.

상부 경사면(18)은 통과하는 해수에 포함된 기포가 해수의 흐름을 간섭하지 않고 흐르도록 하기 위한 것이다. 즉, 해수에 포함된 기포가 상부벽에 밀착되면 결과적으로 통수단면이 축소되고 통과유량이 감소하게 되는 현상이 발생된다. 따라서 해수의 흐름을 방해하는 기포를 회피시킴으로써 통과유량을 증가시킬 수 있는 것이다.

또한, 통수로(10)의 시공 측면에서 수문장치(통수로 포함)를 완전 수평으로 설치하기 곤란하며, 수평으로 설치했다 하더라도 이후 설치지반의 부등침하로 인해 수평상태가 되지 않을 것을 고려할 때 통수로(10)의 상부 경사면을 해수가 흘러가는 방향으로 미세하게 상향 경사지게 형성하는 것은 통수능력 유지 차원에서 매우 바람직하다.

그리고, 상부 경사면(18)이 형성됨으로써 통수로(10)의 통수단면이 확대되는 효과도 기대할 수 있다.

첨부된 도면 중에서 도 6는 본 발명의 바람직한 제 3 실시 예를 도시한 측단면도이다.

도 6에 도시된 실시 예는 통수로(10)가 마운드(20)의 상부에 설치된 것을 제 외하고는 전술한 각 실시 예와 같다.

마운드(20)는 해저지반 형상이나 깊은 수심 등에 의해 수문장치(통수로)의 설치가 곤란할 경우에 적용된다.

도 7a,7b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예도를 도시한 평단면도이다.

도 7a,7b에 도시된 제 4 실시 예는 양측 연직벽(16A,16B)에 형성되는 확장부(19)가 직선 및 직선과 곡선의 조합으로 이루어진 것을 제외하고는 전술한 각 실시 예와 같다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 각각 외측으로 경사진 직선으로 형성될 수도 있으며, 또 다른 실시 예에 의하면 도 7b에 도시된 바와 같이 곡선과 직선이 조합되어 형성될 수도 있는 것이다. 특히, 직선이나 직선과 곡선이 조합되어 이루어진 확장부(19)는 통수로(10)의 유입부(IN) 통수단면을 확장시키는 결과를 가져오기 때문에 해수의 유입량이 향상될 수도 있다.

첨부된 도면 중에서 도 8a,8b는 본 발명의 바람직한 제 5 실시 예를 도시하고 있다.

도 8a,8b에 도시된 바와 같이 상부 확장부(12)가 내측에서 외측 상부로 경사진 직선형상 또는 곡면과 직선의 조합된 형상들로 이루어진 것을 제외하고는 전술한 각 실시 예와 같다.

<실험예>

. 수리모형 제작

수리모형실험은 수문장치의 통수로 수리모형실험은 현장의 크기를 1/40로 축소한 모형을 대상으로 수행하였다.

형식별 상대비교가 가능하게 하기 위하여 수문구조물 내에 수문(Gate)가 설치되는 부분의 통수단면 높이(통수단면적 최소)는 12 m, 수문구조물의 외형 폭은 20 m, 수문구조물의 길이는 44.3 m로 일정하게 유지하였다.

수리모형실험은 한국해양연구원 평면수조실에 설치된 개수로시스템에서 수행되었다. 도 9a는 개수로 시스템(통수로가 설치되기 위한 시설)의 전경 사진을 제시하였고, 도 9b는 그 평면도 및 측면도를 제시하였다. 이 수로의 길이는 23.8 m, 폭은 0.6 m, 높이는 0.8 m 이며, 수로의 바닥 높이는 지면으로부터 0.65 m이다. 단면수로의 상류측에는 웨어 수조를 설치하여 고수조로부터 유입된 유량을 측정하고, 목표유량이 개수로로 공급될 수 있도록 하였다. 개수로는 웨어수조로부터 공급되는 물을 정류시키기 위한 정류수조 및 관측수로 두 부분으로 구성된다.

정류수조에는 관측수로 내로 유입되는 물을 효과적으로 정류시키기 위하여 수평 및 연직 방향으로 다열의 타공판 및 플라스틱 그물을 설치하여 수면의 진동을 최소화하고 관측수로 내측으로 유입되는 흐름의 평면분포가 최대한 균일하게 유지될 수 있도록 하였다. 본 실험에서는 폭이 0.60 m인 관측수로 내에 종방향으로 연직 분할판을 설치하여 실험 구간의 수로 폭을 0.5 m로 하였다.

한편, 실험수는 평면수조실 하부에 있는 지하 저수조로부터 급수펌프를 이용하여 고수조로 끌어올려진 후에 배관을 통하여 웨어수조로 공급된다. 웨어수조로 공급되는 물이 일정한 수두를 가지도록 하기 위해서 고수조에는 월류벽을 설치하였 으며, 급수펌프로 끌어올려진 물이 고수조 내에 유입됨으로 인해서 고수조 내에 심한 수위 변동이 발생하지 않도록 유공벽 및 정류시설을 설치하여 고수조 내 수위를 안정화시켰다. 마찬가지로, 웨어수조에도 다열의 타공판 및 플라스틱 그물로 구성된 정류시설을 설치하여 수조 내 수위 진동을 최소화시켰다.

최초에 제작된 개수로시스템은 종래에 국내에서 통상적으로 사용되는 KS 규격에 준하여 제작되었음에도 불구하고, 개수로 내에 설치된 수문구조물 모형 상.하류측에서의 수위 변화가 시간 및 공간적으로 매우 심하여 통계적으로 안정된 계측값을 취득하는 데 어려움이 많아 기존기술과 본 발명간의 통수능력의 비교 평가가 정밀하게 수행되기 어려웠다.

이처럼 수위 변화가 심하게 나타나는 이유는 웨어수조 및 정류수조의 제작 정밀도가 수리모형실험의 목적을 달성하기에는 부족하여 수문구조물 모형에 도달하기 전까지 관측수로 내 흐름이 충분히 안정화되지 못하기 때문이었다. 이에 따라 실험을 중단하고 최초 제작된 개수로 시스템을 6개월에 걸친 시행오차를 통하여 웨어수조 및 정류수조를 개량하여 새로 제작한 후 실험을 처음부터 다시 시작하였다.

새로 제작된 웨어수조 및 정류수조에는 기존 KS규격에 따른 원형구멍 형식의 정류판 대신에 유공률이 더 큰 사각형 격자 모양의 판을 사용하여 수문구조물 모형 전면에서의 수위 변화가 크게 작아지고 흐름이 안정화되도록 하였다. 또한, 웨어수조의 폭을 33% 크게 제작함으로써 웨어수조의 담수량을 증가시켜서 웨어수조 내 수위 계측지점에서의 수위 변화 폭을 크게 감소시켰다. 정류수조도 마찬가지로 길이를 27% 증가시켜 제작함으로써 관측수로 유입부에서의 흐름을 한층 안정화시켰다.

. 주요 실험조건

a. 이하 모든 수리실험에서 "기준해수면" 이란 수문구조물의 통수로 상부벽의 최저점의 표고를 0 m로 설정하고 표고가 0인 수면의 높이를 의미한다.

b. 모든 실험은 게이트가 100% 열려 있는 경우만을 대상으로 하였다.

c. 외해측 수위는 시간에 따라 변화하므로 본 실험에서 외해측 수위는 낮은 수위, 중간 수위, 높은 수위의 3개로 설정하였다. 수문을 닫은 채 대기하는 시간이 있으므로 수문이 열려 있는 시간은 외해측 수위가 변화하는 시간보다 짧다. 본 실험에서는 이 점을 고려하여 상기 낮은 수위와 높은 수위의 차이를 3m로 설정하였으며 이는 수문 작동상황 및 우리나라 전 해역에서 조수간만의 차이를 고려할 때 대부분의 시간을 대표할 수 있도록 선정된 범위이다.

d. 실험은 외해측 수위 3개별로 유량을 5가지로 변화시켜 흘려가며 조지내의 수위를 계측한 후 외해측과 조지내측의 계측수위에 각 위치에서의 유속에 따른 수두를 보정하여 외해측과 조지내측에서 동시에 형성되는 수두차를 평가하는 방법으로 수행하였다. 수위란 단순히 수면의 높이만을 의미하며 수두란 이에 유속에 의한 수두 및 흐름 과정에서 발생하는 손실수두를 보정한 총수두(총에너지 개념)를 의미한다.

e. 조력발전소에서 수문 작동시 조지와 외해의 수두차(H)는 대부분(약 75%) 0.5m 이내로 유지되도록 함이 경제적인 것으로 알려져 있으므로, 본 실험에서는 수두차가 변한 많은 실험 중에 수두차가 0.5 m인 경우만을 대상으로 형식별 통수성능을 비교하였다.

<실험예 1>

아래 표 1 및 표 2는 컬버트 형식의 통수로와 본 발명에 따른 통수로의 성능비교 실험이다.

표 1.

컬버트 형식 통수로(W80H04L91M00)	본 발명에 따른 통수로 (상부벽 수평)(W80H29L14M00)

표 2.

외해측 수위	유량	비고
낮은 수위 (기준해수면 + 0.0 m)		H=0.5m일 때 유량 18% 증가*
중간 수위 (기준해수면 + 1.5m)		H=0.5m일 때 유량 29% 증가
높은 수위 (기준해수면 + 3.0m)		H=0.5m일 때 유량 33% 증가

상기 표 2에서 심볼은 삼각형이 컬버트(종래기술)이고, 원형이 본 발명을 나타낸다.

표 2에서 확인되는 바와 같이 통수로의 저면은 지표면보다 높으므로 통수로는 유입부에서 바닥이 상향으로 경사지게 유선형으로 한 본 발명의 경우 유량이 더 크다.

또한, 본 발명에 의한 통수로는 컬버트형 형식보다 유입구의 상하폭이 크므로 유입유량은 더욱 증가된다.

<실험예 2>

아래 표 3 및 표 4는 컬버트 형식의 통수로와 본 발명에 따른 통수로의 성능비교 실험으로 통수로가 마운드에 설치된 상태에서 실험한 것이다.

표 3.

컬버트 형식 통수로(W80H04L91M50)	본 발명에 따른 통수로 (상부벽 수평)(W80H29L14M50)

표 4.

외해측 수위	유량	비고
낮은 수위 (기준해수면 + 0.0 m)		H=0.5m일 때 유량 22% 증가
중간 수위 (기준해수면 + 1.5m)		H=0.5m일 때 유량 27% 증가
높은 수위 (기준해수면 + 3.0m)		H=0.5m일 때 유량 26% 증가

상기 표 4에서 삼각형은 종래기술이고, 원형은 본 발명을 나타낸다.

표 4에서 확인되는 바와 같이 유입부 전면의 마운드도 수평으로 설치되므로 마운드가 있는 경우에도 전술한 실험예에서와 마찬가지로 유량은 본 발명에 의한 통수로의 경우가 더 큰 것을 알 수 있다.

<실험예 3>

아래 표 5 및 표 6은 벤츄리 형식의 통수로와 본 발명에 따른 통수로의 성능비교 실험이다.

표 5.

벤츄리 형식 통수로(W70H29L14M00)	본 발명에 따른 통수로 (상부벽 수평)(W80H29L14M00)

표 6.

외해측 수위	유량	비고
낮은 수위 (기준해수면 + 0.0 m)		H=0.5m일 때 유량 3% 증가
중간 수위 (기준해수면 + 1.5m)		H=0.5m일 때 유량 9% 증가
높은 수위 (기준해수면 + 3.0m)		H=0.5m일 때 유량 13% 증가

표 6에서 삼각형은 종래기술이고, 원형은 본 발명을 나타낸다.

표 6에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 경우가 유량이 크다. 이는 본 발명에 따른 통수로의 통수단면이 종래기술보다 큼에 기인하며, 평면상의 흐름을 완만하게 하기 위해서 유입부 연직벽의 평면형상만을 곡선형으로 처리하면 족함을 의미한다.

<실험예 4>

아래 표 7 및 표 8은 벤츄리 형식의 통수로와 본 발명에 따른 통수로의 성능비교 실험으로 통수로가 마운드에 설치된 상태에서 실험한 것이다.

표 7.

벤츄리 형식 통수로(W70H29L14M50)	본 발명에 따른 통수로 (상부벽 수평)(W80H29L14M50)

표 8.

외해측 수위	유량	비고
낮은 수위 (평균해수면 + 0.0 m)		H=0.5m일 때 유량 18% 증가
중간 수위 (평균해수면 + 1.5m)		H=0.5m일 때 유량 15% 증가
높은 수위 (평균해수면 + 3.0m)		H=0.5m일 때 유량 9% 증가

표 8에서 삼각형은 종래기술이고, 원형은 본 발명을 나타낸다.

표 8에서 확인되는 바와 같이 마운드 위에 설치하는 경우에도 본 발명의 경우가 유량이 더 크다.

<실험예 5>

아래 표 9 및 표 10은 상부벽 경사가 통수량에 미치는 영향을 비교한 실험으로, 상부벽 경사의 영향 비교는 실험의 편의상 기존기술인 벤츄리형 형식에서 수행 되었다. 상부벽 경사의 영향은 전술한 바와 같이 해수의 흐름 중에 포함된 기포가 통수로의 상부벽에 머무느냐 바로 하류쪽으로 빠져나가느냐 하는 현상과 관련된 것이므로 유리 또는 불리의 정성적 결과는 본 발명에도 그대로 적용시킬 수 있는 현상이다.

표 9.

벤츄리 형식 통수로(W70H21L14M00)	본 발명에 따른 통수로 (상부벽 상향 경사 1.2°)(W70H21L14M00-S)

표 10.

외해측 수위	유량	비고
낮은 수위 (평균해수면 + 0.0 m)		H=0.5m일 때 유량 8% 증가
중간 수위 (평균해수면 + 1.5m)		H=0.5m일 때 유량 7% 증가
높은 수위 (평균해수면 + 3.0m)		H=0.5m일 때 유량 6% 증가

표 10에서 삼각형은 상부벽이 경사면으로 형성된 것을 나타내고, 원은 상부벽이 수평인 것을 나타낸다.

표 10에서 확인되는 바와 같이 통수로 내의 상부벽을 유입부보다 유출부쪽에서 높도록 미세하게 경사지게 설치하면 유량이 증가함을 알 수 있다.

전술한 실험예를 통하여 본 발명에 따른 수문장치용 통수로의 형식은 기존기술인 컬버트형과 벤츄리형 구조형식에 모두에 비하여, 수심이 적정해서 마운드를 설치하지 않는 경우와 수심이 깊어 마운드를 설치한 후 그 위에 설치하는 모든 경우에 통수능력이 탁월함을 확인할 수 있었다.

이는 하나의 조력발전소 입지에서도 방조제 연장상 수문장치를 설치하는 구간에서 해저지표면의 표고가 일정하지 않기 때문에 일부 구간에서는 마운드를 설치해야 함을 감안할 때 본 발명 형식을 채택함으로써 수문장치 설치구간 전체에 걸쳐 항상 통수성능이 우수한 결과를 낼 수 있으며, 이로 인해 수문장치의 설치수량을 감소시킬 수 있기에 공사비가 감소되어 발전소 건설 경제성이 향상된다.

한편, 수문구조물 설치시에는 수문장치 설치구간 외부에 가물막이 제방을 둘러 쌓는 부대공사를 시행 한 후 이 가물막이로 둘러쌓인 수역 내의 해수를 펌핑해서 건조상태의 조건에서 수문장치 설치공사를 시행한다. 가물막이 제방의 길이는 수문장치를 병렬로 설치한 길이의 최소 2배 이상이 된다. 그러므로 수문장치 설치공사가 완료되면 이 가물막이 제방은 철거한다.

이때, 수문장치 설치수량이 감소하면 가물막이 제방의 소요길이는 수문장치 설치길이 감소분의 2배가 감소한다. 이렇게 수문장치 공사량의 감소와 상기 부대공사인 가물막이 공사량의 감소는 공사비의 감소와 아울러 공사기간의 단축에도 크게 기여하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 수문장치용 통수로에 따르면 가로림 조력발전 입지에 적용해서 구조 및 지반 측면에서 문제점이 없는 것으로 평가되었으며, 공사비 측면에서는 2007년 2월 불변가격으로 볼 때, 기존기술을 이용한 설계에서보다 수문구조물 공사비 자체만 절감액이 182억원, 이를 채택함에 따라 얻어지는 부대공사 비(가물막이 공사비)의 절감액은 약 100억원으로서 총 약 280억원이 절감되는 것으로 평가되는 것으로 파악되었다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 몇가지 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 수문장치용 통수로를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 수문장치용 통수로의 평단면도.

도 3은 도 1에 도시된 수문장치용 통수로의 측단면도.

도 4는 도 1에 도시된 수문장치용 통수로의 사용상태를 도시한 측단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예를 도시한 측단면도.

도 6는 본 발명의 바람직한 제 3 실시 예를 도시한 측단면도.

도 7a,7b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예를 도시한 평단면도.

도 8a,8b는 본 발명의 바람직한 제 5 실시 예를 도시한 측단면도.

도 9a,9b는 본 발명의 실험예를 설명하기 위한 수리모형 사진 및 평면도,측면도.

도 10a,10b는 종래기술에 의한 통수로를 도시한 측단면도 및 평단면도.

10 : 통수로 12 : 상부 확장부

14A,14B : 경사면 14C : 수평면

16A,16B : 연직벽 19 : 확장부

18 : 상부 경사면 20 : 마운드

IN : 유입부 EX : 유출부

B : 방조제 G : 수문

Claims (9)

1. 방조제(B)에 설치되어 수위차에 의한 물의 흐름을 유도하기 위한 통형 중공구조의 통수로(10)로서,

   유입부(IN) 상부에 유입 확장부(12)가 형성되고,

   양측 연직벽(16A,16B)의 내측은 서로 평행하게 형성되며,

   바닥에는 상기 유입부(IN) 측으로는 짧고 유출부(EX) 측으로는 길게 형성된 경사면(14A,14B)과, 각 상기 경사면(14A,14B) 경계영역에는 수문(G)이 배치되는 수평면(14C)을 구비한 수문 설치부(14)가 상부 측으로 돌출되게 형성되고,

   상기 유입부(IN) 양측의 연직벽(16A)과 유출부(EX) 양측의 연직벽(16B)에는, 각각의 통수로(10)가 병렬로 접한 상태에서 유입되는 물의 흐름이 양측의 유입부(IN)로 각각 유도되도록 외측으로 벌어진 확장부(19)가 형성되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
2. 청구항 1에 있어서, 상부에는 유입부(IN) 측에서 유출부(EX) 측으로 상향 경사진 상부 경사면(18)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 확장부(12)는 원호형 곡면형상, 내측에서 외측 상부로 경사진 직선형상, 및 곡면과 직선의 조합된 형상 중에서 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 상부 확장부(12)는 원호형 곡면형상, 내측에서 외측으로 경사진 직선형상, 및 곡면과 직선의 조합된 형상 중에서 선택된 어느 하나 의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 유입부(IN) 측 경사면(14A)과 수평면(14C)의 연결영역, 그리고 수평면(14C)과 유출부(EX) 측 경사면(14B)의 연결영역은 해수가 원활하게 흐르도록 만곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
6. 삭제
7. 청구항 제1항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장부(19)는 원호형, 직선, 원호형과 직선의 조합 및 직선들의 조합 중에서 선택된 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
8. 청구항 제1항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통수로(10)는 마운드(20)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 통수로(10)는 마운드(20)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수문장치용 통수로.

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